恒星|俩黑洞“掐架”会殃及池鱼吗

NGC 7727距离地球很近，且双黑洞的距离正好处于最终通过引力波辐射而损失轨道角动量形成双黑洞并合之前的阶段，这个阶段对研究超大质量双黑洞系统演化至关重要，为科学家提供了一个研究超大质量双黑洞系统的绝佳机会。
◎采访人员吴纯新
通讯员王潇潇
茫茫宇宙，布满了无数星系与黑洞。它们是自得其乐、相安无事，还是暗自较量、剑拔弩张？
近日，有科学家发现，在距离地球约8900万光年的宝瓶座NGC 7727星系中心，隐藏着一对即将并合的超大质量黑洞。在华中科技大学物理学院教授雷卫华看来，这意味着，一场“宇宙车祸”在所难免， “伤亡”情况如何，可能需要亿万年的时间来观测。
超大质量双黑洞系统源于星系“碰撞”
“就像同星系中两颗恒星会发生并合一样，星系团中星系发生‘碰撞’的概率也很高。 ”雷卫华说，两个天体相互碰撞的概率与它们分布的密集程度有关，可以用两个天体的平均距离与天体直径的比值来反映，比值越大则分布越稀疏，发生碰撞的概率就越小。
雷卫华介绍，对于太阳系内的行星而言，这个比值约为10万，银河系中恒星的这一比值约为百万，而星系团内星系之间的平均距离大约仅是星系直径的几十倍，相对而言分布更为密集，相互碰撞的概率更高。所以，星系相互碰撞在宇宙中十分普遍。
科学观测表明，很多星系中心都“藏匿”有百万到百亿倍太阳质量的超大质量黑洞。如通过观测银河系中心数十颗恒星的运动，利用恒星动力学方法，科学家测定银心中存在一颗约400万倍太阳质量的黑洞。
“越来越多的证据表明，每个星系中心都可能隐藏着一个超大质量黑洞。 ”雷卫华表示，早在2017年，天文学家便利用事件视界望远镜，首次拍摄到距离地球5600万光年的M87星系中心超大质量黑洞（约60亿倍太阳质量）的阴影。
雷卫华说，更大的新星系伴随星系“碰撞”产生。星系中心将形成间距1到100千秒差距（1秒差距约为3.26光年）的超大质量双黑洞系统。
目前，科学家观测这类超大质量双黑洞，主要是通过高分辨率多波段望远镜，对双黑洞轨道进动导致的特性星系形态、稍小黑洞穿过大质量黑洞吸积盘时所产生的准周期性光变、双黑洞产生的谱线双峰结构以及双黑洞潮汐瓦解形成的间歇性光变等进行观测。
超大质量双黑洞系统的演化分为三个阶段。首先，双黑洞各自与其周围物质和恒星相互作用，逐渐靠近；其次，通过动力学摩擦和抛射恒星等过程，双黑洞距离进一步减小，但随着周围恒星被逐渐抛射掉，双黑洞靠近变得越来越困难，形成“最终秒差距问题”（两个黑洞的间距会在1秒差距后便无法再靠近），这可以通过考虑星系并合形成非球对称物质分布等方式解决；最后，如果两颗黑洞靠得足够近，其轨道演化将由引力波辐射主导，导致超大质量双黑洞快速演化直至最终发生并合。
有助于了解银河系与仙女座星系并合
雷卫华说，这次发现的超大质量双黑洞，距离我们只有8900万光年，是目前为止已发现的距离地球最近的超大质量双黑洞系统。
在此之前，科学家探测到离地球最近的超大质量双黑洞位于4.7亿光年之遥的星系NGC 6240 ，比NGC 7727远6倍左右。研究还发现， NGC 7727本身就是两个小的漩涡星系在大约10亿年前碰撞的结果。
雷卫华认为， NGC 7727离地球如此之近，为科学家提供了一个研究超大质量双黑洞系统的绝佳机会。
通过高分辨率光谱观测，科学家可以分辨出黑洞周围的恒星动力学信息。研究人员首次直接测出这两个超大质量黑洞的质量，分别为1.5亿倍太阳质量和630万倍太阳质量。同时，分辨出这两个超大质量双黑洞相距只有500秒差距（约1600光年）。